[发明专利]一种拳头式仿生结构大型热锻模具及其制造方法

权利要求书

1.一种拳头式仿生结构大型热锻模具，包括模具基体，其特征在于：在模具基体上依次形成有过渡层、强化层和皮肤层，过渡层和强化层共同作为骨头层以起结构支撑作用，皮肤层作为与锻件接触的模具型腔表层并在高温重载条件下具备耐磨损、抗变形性能；常温下，模具基体、过渡层和强化层强度硬度依次递增，皮肤层强度硬度小于强化层，在热锻工况下皮肤层强度硬度无明显下降；

常温下，模具基体、过渡层、强化层和皮肤层强度硬度分布为“低-中-高-中”，650℃以上高温工况条件下，皮肤层材料通过碳化物强化和固溶强化，模具基体、过渡层、强化层和皮肤层强度硬度分布为“低-中-高-较高”。

2.根据权利要求1所述的拳头式仿生结构大型热锻模具，其特征在于：所述模具基体硬度为HRC 27.4；过渡层硬度为HRC 35；强化层硬度在HRC 50以上；皮肤层硬度为HRC 30-35。

3.根据权利要求1所述的拳头式仿生结构大型热锻模具，其特征在于：所述过渡层厚度为20-50 mm；强化层厚度为20-35 mm；皮肤层厚度为10-15 mm。

4.根据权利要求1所述的拳头式仿生结构大型热锻模具，其特征在于：所述模具基体采用铸造模具钢材料铸造成形；过渡层和强化层为Cr-Mo-Ni-W-V系多元复合强化铁基材料。

5.根据权利要求1所述的拳头式仿生结构大型热锻模具，其特征在于：所述皮肤层为钴基或镍基高温合金焊材。

6.权利要求1所述的拳头式仿生结构大型热锻模具的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）根据需要成形的具体锻件设计出整体均质模具，再采用软件进行数值模拟，得到整体均质模具在工况下的温度场、应力场和载荷分布；

2）分别确定模具基体、过渡层、强化层和皮肤层的分布范围；

2.1）确定模具基体的分布：以待采用的模具基体铸钢材料在工况条件下的性能参数为基础，结合规定的安全系数后，由各截面失效临界点拟合出等寿命曲线，进而获得整体均质模具失效区域，该区域以下为模具基体；

2.2）确定过渡层的分布：以待采用的过渡层材料在工况条件下的性能参数为基础，结合规定的安全系数后，由各截面失效临界点拟合出等寿命曲线，进而获得整体均质模具失效区域，该区域以下到步骤2.1）确定的模具基体之间的区域为过渡层；

2.3）确定强化层的分布：以待采用的强化层材料在工况条件下的性能参数为基础，结合规定的安全系数后，由各截面失效临界点拟合出等寿命曲线，进而获得整体均质模具失效区域，该区域以下到步骤2.2）确定的过渡层之间的区域为强化层；

2.4）确定皮肤层的分布：根据强化层到模具型腔表层之间的厚度再结合适当的加工余量确定皮肤层的分布；

3）依据步骤2）确定的模具基体分布，采用预先确定好的模具基体材料浇注出模具基体；其中，工况条件下模具基体表面到模具型腔轮廓线之间预留堆焊余量50-100mm，用于后续堆焊过渡层、强化层和皮肤层；

4）在步骤3）浇注好的模具基体上，沿预留堆焊区域，按预先确定好的材料堆焊过渡层；其中，过渡层表面到模具型腔轮廓线之间预留堆焊余量30-50mm，用于后续堆焊强化层和皮肤层；

5）在步骤4）堆焊好过渡层的模具基体上，沿预留堆焊区域，按预先确定好的材料堆焊强化层；其中，强化层表面到模具型腔轮廓线之间预留堆焊余量10-15mm，用于后续堆焊皮肤层；

6）在步骤5）堆焊好强化层的模具基体上，按预先确定好的材料堆焊皮肤层，皮肤层焊至模具型腔轮廓线上3-5 mm；

7）将步骤6）得到的模具重复进行两次回火后缓冷工艺，然后将第二次缓冷后的模具放置在空气中，空冷至室温；

8）对步骤7）空冷后的模具进行机械加工，使模具各部分尺寸达到设计要求，最终得到所述仿生结构大型热锻模具。